型钢混凝土柱恢复力特性的数值模拟

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1、四川建筑科学研究第38卷第6期l8SiehuanBuildingScience2012年12月型钢混凝土柱恢复力特性的数值模拟李凯文，一，邹昀。(1．无锡城市职业技术学院，江苏无锡214153；2．无锡环境科学与工程研究中心，江苏无锡214153；3．江南大学环境与土木工程学院，江苏无锡214122)摘要：为了研究型钢对混凝土柱力学性能的影响，利用有限元分析软件ABAQUS建立两组钢骨混凝土柱与普通混凝土柱的对比分析模型，进行了单调加载与循环往复加载下的非线性有限元分析。对比分析结果表明，单调加载下型钢混凝土柱(

2、SRC)的承载力与变形能力明显高于普通混凝土柱(RC)；在循环往复荷载作用下，型钢混凝土柱的滞回环比普通混凝土柱饱满，型钢混凝土柱的耗能能力达到普通混凝土柱的1．4倍以上。进一步比较分析轴压力系数和配箍特征值对型钢混凝土柱的滞回特征、耗能和骨架曲线的影响，发现柱轴压力系数的变化对型钢混凝土柱的耗能有影响，而配箍特征值对型钢混凝土柱的耗能的影响不大。分析结果对工程型钢混凝土柱的设计和应用有一定借鉴作用。关键词：型钢混凝土柱；有限元分析；轴压力系数；滞回曲线；耗能中图分类号：TU323．1文献标识码：B文章编号：10

3、08—1933(2012)06—018—040引言1有限元分析模型型钢混凝土(SRC)结构是钢一混凝土组合结构的一种形式。与传统的钢结构或混凝土(RC)结构相比，SRC结构具有很强的性能优势和经济优势，在国内外被广泛应用。恢复力模型是根据大量从试验中获得的恢复力与变形的关系曲线经适当抽象和简化而得到的实用数学模型，是结构构件的抗震性能在结构弹塑性地震反应分析中的具体体现。国内外有关专家学者对普通混凝土框架柱在恢复力特性方面做了大量的试验研究，并提出了一系列的恢复力特性的计算模型，这些研究成果对型钢混凝土构件恢复力

4、模型的研究具有重要借鉴意义。型钢混画：凝土结构是介于钢筋混凝土结构和钢结构之问的一种结构，它兼有钢筋混凝土和钢结构的一些特点，构件的恢复力特性也介于两者之间。当型钢含量较少时，恢复力特性接近于钢筋混凝土构件的特性；当型钢含量较多时，型钢混凝土构件在一定条件下明显地具有了钢构件的某些特性。故在此，对型钢混凝土的恢复力特性进行非线性数值模拟。收稿日期：2011-07-07一一作者简介：李凯文(1968一)，男，江苏无锡人，硕士，研究员级高工，(a)钢筋与钢骨模型(b)混凝土模型主要从事混凝土结构理论和结构加固方面的研

5、究。基金项目：江苏省第七批“六大人才高峰”项目(JY-060)；中央高校图2分析模型基本科研业务费专项资金(JusRP21oo5)E—mail：zouyun—22@126．tom2012No．6李凯文，等：型钢混凝土柱恢复力特性的数值模拟191．2材料的本构关系信息见表2。在柱顶施加相同的位移，单调荷载作1．2．1混凝土本构关系用下得到各构件的P一△曲线。对比分析结果如图对于SRC柱，可划分为箍筋外无约束混凝土区5所示。和箍筋内有约束混凝土区，箍筋外认为混凝土处于表2SRC柱与RC柱模型参数单轴受压应力状态，采用

6、Saenz模型来模拟无约束区混凝土单轴受压应力一应变关系。箍筋内认为混凝土处于多轴受力状态，可等效为单轴受压应力状态，所采用的混凝土应力一应变曲线如图3所示。图3混凝土受压的应力一应变关系图5SRC柱与RC柱的P一△对比曲线1．2．2钢材本构关系图5反映出在截面尺寸与材料特性相同的材料分析中纵筋、箍筋和型钢均采用常用的多折线情况下，钢骨对于柱的承载力有明显提高，同时，构性随动强化模型(MKIN)，如图4所示。泊松比均件的变形能力也得到改善。为0．25。钢材受拉超过屈服平台后进人强化段，强2．2SRC柱与RC柱的滞

7、回性能分析化段简化为直线，屈服平台对应的最大应变即假设循环往复荷载作用下，得到不同构件的滞回曲为。=4e。受拉钢筋和型钢翼缘的极限拉应变根线。将各组钢骨混凝土柱与普通混凝土柱模型的滞据、E、E计算得到。分析模型中钢材的力学回曲线绘制在同一幅图中，如图6所示。很显然，钢性能指标见表1。骨混凝土柱与普通混凝土柱的滞回特性具有明显差异，钢骨混凝土柱的滞回曲线比普通混凝土柱的滞回曲线饱满，说明地震作用下，钢骨混凝土柱的抗震性能得到了明显改善。岛曩图4钢材本构关系表1钢材材料性能类型l／MPal／MPa击12l220203

8、53．79574．22图6SRC与RC柱滞回曲线对比882570513．40523．35击1O102330466．11492．80型钢615303o9．59403．95利用最大的滞回环进一步计算的2柱的耗能能力及耗能结果对比见表3。由表3看出，型钢混凝土柱的耗能能力达到普通混凝土柱的1．4倍以上。2SRC柱与RC柱对比分析轴压比越小，型钢混凝土柱的耗能能力提高越多。2．1